Разработка технологических рекомендаций производства брикетированного шихтового материала из техногенного сырья и исследование физико-механических свойств окалиноуглеродных брикетов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.07, кандидат наук Новицкий, Никита Александрович

• Новицкий, Никита Александрович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Новицкий, Никита Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Переработка железосодержащих металлургических отходов в современных условиях

1.1 Актуальность использования металлургических отходов

1.2 Типы железосодержащих отходов черной металлургии

1.3 Способы рециклинга железосодержащих отходов

1.4 Связующие вещества, используемые при получении брикетов

Выводы по главе 1

Глава 2. Материалы, оборудование и методики проводимых исследований

2.1 Характеристика объекта исследования

2.2 Исследование структуры и состава ОУБ после обжига

2.3 Методика определения коэффициента теплопроводности ОУБ

2.4 Методика определения восстановимости ОУБ

2.5 Проведение дериватографического анализа

2.6 Методика определения физико-механических свойств ОУБ

2.7 Методика проведения плавок с применением ОУБ в лабораторных печах

Выводы по главе 2

Глава 3. Анализ результатов экспериментальных исследований

3.1 Исследование агрегатного состояния полиоксидного связующего компонента при нагреве

3.2 Исследование структуры и состава ОУБ после обжига

3.3 Определение коэффициента теплопроводности ОУБ

3.4 Определение восстановимости ОУБ

3.5 Проведение дериватографического анализа

3.6 Определение физико-механических свойств ОУБ

3.7 Проведение плавок с применением ОУБ в лабораторных печах

Выводы по главе 3

Глава 4. Практическая реализация объекта исследования

4.1 Проведение плавок в промышленных печах с применением ОУБ

4.2 Рекомендации по изготовлению ОУБ в промышленных условиях

4.3 Технология изготовления ОУБ в промышленных условиях

4.4 Расчет экономической эффективности применения ОУБ

Заключение

Библиографический список

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологических рекомендаций производства брикетированного шихтового материала из техногенного сырья и исследование физико-механических свойств окалиноуглеродных брикетов»

ВВЕДЕНИЕ

Объем производства черных металлов в РФ составляет 10 % всего промышленного производства и 5 % ВВП страны [1]. По оценкам специалистов, на российских металлургических предприятиях отмечен значительный рост объемов производства стали. Только за первое полугодие 2015 года объем выпуска стали составил 35,7 млн. т., что на 0,8 % больше чем в предыдущем году, а за первые 8 месяцев 2015 года производство стали составило 47,78 млн. т [2, 3]. На восьми крупнейших российских комбинатах РФ в период с 2000 по 2014 гг. объем выплавляемой стали увеличился на 20,6 % и составил 71,4 млн. т. При этом доля стали, получаемой в электродуговых печах (ЭДСП) в указанный период увеличилась в 2,6 раза [4, 5]. Рост электросталеплавильного производства требует увеличения потребления оборотного лома, либо расширения сырьевой базы.

В связи с постоянным увеличением доли оборотного лома в составе металлошихты, его объем неуклонно сокращаются. Годовой ресурс амортизационного лома в России составляет 40-45 млн. т, при этом, из-за различных потерь, на переработку направляется около 35 млн. т. В результате роста объемов потребления качественного стального лома возможна ситуация, когда его необходимый расход превысит объемы сырья пригодного к переделу. Кроме этого, из-за увеличения в составе лома таких отходов как автомобильный и электротехнический лом, возникает риск загрязнения металлошихты цветными металлами [6].

Дефицит качественного стального лома требует поиска альтернативного шихтового материала для производства стали, который будет удовлетворять требованиям металлургической промышленности по качеству и себестоимости. Вовлечение железных руд для получения такого шихтового материала маловероятно - их использование минуя доменное производство требует сложной, энергозатратной предварительной подготовки. Кроме этого, по экспертным оценкам, только 25-30 % железных руд, добываемых на территории РФ содержат допустимое количество вредных примесей, наблюдается тенденция снижения

запасов железной руды, что делает переработку техногенных отходов, с целью получения железосодержащего сырья, особенно актуальной [7, 8].

Альтернативный шихтовой материал можно получить из железосодержащих отходов, находящихся в достаточном количестве в отвалах и шламохранилищах металлургических предприятий. Использование таких отходов в металлургическом переделе позволяет одновременно решить несколько задач: сократить объемы образующихся отходов, получить сырье для металлургического производства и улучшить экологическую обстановку в промышленном регионе.

По ориентировочным подсчетам на тонну стали приходится до 0,4 т твердых отходов, включая пыль (15-30 кг), окалину (30-40 кг) и прочие отходы (шламы, стальная обрезь и др.). Исходя из того, что производство стали в РФ за первое полугодие 2015 г составило 35,7 млн. т - это привело к образованию порядка 14 млн. т железосодержащих отходов. Введение в эксплуатацию новых электросталеплавильных агрегатов за последние пять лет привело к увеличению объема пылевых отходов на 28 % [9].

Окалина и пыль аспирационных установок являются ценным сырьем и содержат до 73 % железа. Переработка накопленных и вновь образующихся твердых железосодержащих отходов позволит решить задачу получения шихтового материала удовлетворительного качества в достаточных объемах, однако их использование в качестве металлошихты в неокускованном виде практически невозможно по причине высокой дисперсности и возникновения пылеуноса при завалке, транспортировке и хранении [10, 11].

Существующие на сегодняшний день традиционные способы окускования, пригодные для рециклинга железосодержащих отходов, не позволяют использовать их в полном объеме. Агломерация позволяет утилизировать различные типы отходов, однако, при переработке высокодисперсного материала, ее использование ограничено вследствие ухудшения газопроницаемости агломерата. Недостатком данного способа также является неоднородность агломерата по форме и размерам. Получение окатышей требует контроля влажности при их производстве, которая зависит от используемых сырьевых

материалов и напрямую влияет на гранулометрический состав конечного продукта. При окусковании традиционными способами также отсутствует возможность корректировки компонентного состава получаемого продукта непосредственно в процессе изготовления [12].

Наиболее перспективным способом окускования отходов является брикетирование. Технология брикетирования рудных концентратов и ценных отходов черных и цветных металлов с целью обогащения была известна с начала XX века. Тем не менее, она не нашла широкого применения, поскольку оборудование для прессования имело на тот момент невысокую производительность. Появление высокотехнологичных вальцовых прессов и экструдеров к началу XXI века позволило получать брикетированный материал с высокой производительностью [11]. Тем не менее, проблема получения брикетированного шихтового материала с удовлетворительными механическими свойствами, а также достаточным содержанием в его составе восстановленного железа по прежнему остается актуальной.

Значительный вклад в исследование процессов восстановления железа из оксидов и решение проблем рециклинга металлургических железосодержащих отходов внесли: Ю. С. Юсфин, И. Л. Леонтьев, Г. Н. Еланский, И. Ф. Курунов, Ю. С. Карабасов, Б М. Равич и др.

Число предприятий, которые в настоящее время занимаются исследованием и опытным производством брикетированных шихтовых материалов на территории РФ и стран бывшего СНГ ограничено. Наиболее крупные из них: ООО «ЭкоМашГео» (г. Тула), ООО «Метаком» (г. Пермь), ЗАО «Спайдермаш» (г. Екатеринбург), Национальная металлургическая академия Украины (г. Днепропетровск, Украина).

Данная работа посвящена вопросу получения брикетированного шихтового материала, содержащего в своем составе отходы металлургического и эмалевого производства, и имеющего при этом удовлетворительные физико-механические свойства. Исследуемый брикетированный шихтовой материал -

окалиноуглеродный брикет (ОУБ) - отличается высокой степенью восстановления железа и минимальным содержанием вредных и нежелательных примесей.

Научная новизна представленной работы:

1 Впервые установлено, что применение полиоксидного связующего компонента (отходов эмалевого производства) в составе брикетируемых смесей повышает степень восстановления последних с 40 % до 43 % - в смесях, содержащих 10 % восстановителя, и с 62 % до 71 % - в смесях, содержащих 20 % восстановителя.

2 Впервые выявлено, и научно обосновано увеличение степени восстановления образцов брикетов с 83 % до 91 % при использовании в составе брикетированных материалов отходов эмалевого производства вместо портландцементного связующего компонента.

3 Разработана методика и определены оптимальные способы применения полиоксидного связующего компонента в брикетируемых смесях, заключающиеся в предварительном обжиге при 800 °С окалиноуглеродных брикетов. Данный температурный режим обжига приводит к повышению прочности готовых брикетов, увеличению скорости нагрева и расплавления металлошихты, существенному снижению продолжительности плавки и, как следствие, уменьшению угара выплавляемого металла.

ГЛАВА 1. ПЕРЕРАБОТКА ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

1.1 Актуальность использования металлургических отходов

К настоящему моменту в отвалах и шламохранилищах металлургических предприятий накоплено более 1 млрд. т отходов, из которых свыше 506 млн. т относятся к отходам от предприятий черной металлургии. В среднем, на металлургических предприятиях, образуется более 10,3 млн. т отходов в год, что составляет 15-20 % от количества общих загрязнений [14, 15].

По экспертным оценкам при производстве 1 т стали, в целом по черной металлургии, образуется следующее количество твердых отходов: шлаки (5001000 кг), шламы (80-120 кг), пыль (80-120 кг), окалина (30-40 кг), сточные воды (250-300 м3). Суммарно отходы предприятий черной металлургии превышают объем выпуска готовой продукции в 2-4 раза [16].

Накопление металлургических отходов создает ряд экологических проблем: территория, отведенная под хранение отходов, загрязняется тяжелыми металлами (преимущественно цинком, свинцом, кадмием и др.), а также отрицательно влияет на состояние водного бассейна, имеющегося на данной территории - происходит загрязнение водоемов и грунтовых вод.

Под хранение отходов отводится большое количество площадей - полигонов, которые, по оценкам специалистов, занимают около 0,5 млн. га, находясь при этом в индустриально развитых регионах с высокой плотностью населения. В Волгоградской области металлургия занимает третье место после топливно-энергетической и нефтехимической промышленности. На территории области находятся два крупных металлургических предприятия: АО ВМК «Красный Октябрь» (г. Волгоград) и АО «Волжский трубный завод» (г. Волжский). Отвалы и шламохранилища данных предприятий занимают территорию общей площадью 637,75 га: шламонакопитель АО ВМК «Красный октябрь» имеет площадь 128,9 га

(в районе с. Орловка, Городищенский район), шламонакопители и полигоны промышленных отходов предприятия АО «Волжский трубный завод», расположенные вблизи г. Волжский, занимают 508,85 га (по данным результатов государственной кадастровой оценки земель Волгоградской области). Такие места продолжают оставаться источником загрязнения до тех пор, пока не будет решена проблема переработки отходов на их территории.

Не менее актуальны экономические аспекты проблемы накопления отходов. Например, по данным ООО «Группа «Магнезит» по состоянию на 2012 год, расходы на разработку одного проекта по созданию полигона для захоронения пылевых отходов составляют 100-150 млн. руб., транспортные расходы 2001500 руб./т, расходы на их содержание - около 1 млн руб./год. Ежемесячные выплаты за размещение отходов составляют 170 руб./т [9].

Стоит отметить ценность железосодержащих отходов, пригодных для вторичной переработки. В таблице 1 приведены данные по содержанию железа, а также объемы ежегодно образующихся отходов, исходя из их удельного выхода на тонну стали [9, 16].

Таблица 1 - Объемы образующихся железосодержащих отходов

Тип отхода Беобщ, % На территории РФ По Волгоградской области

2000 г. 2014 г. 2000 г. 2014 г.

Окалина (в том числе замасленная), т/год 65-70 304500 801500 18900 50050

Пыль ЭСПЦ, т/год 30-55 147900 389300 9180 24310

Как видно из приведенных данных, на территории Волгоградской области ежегодно накапливается значительное количество отходов, использование которых возможно в достаточном объеме при наличии эффективной технологии рециклинга. Отходы располагаются в непосредственной близости от металлургических предприятий. Их использование в качестве сырьевой базы

позволит уменьшить транспортные расходы и решить экологическую проблему накопления отходов в регионе.

1.2 Типы железосодержащих отходов черной металлургии

Образование железосодержащих металлургических отходов происходит на всех этапах производства черных металлов. Подготовка рудного концентрата, выплавка чугуна, выплавка стали и производство проката являются главными источниками образования железосодержащих отходов. При этом образующиеся отходы являются крупным сырьевым источником для получения шихтовых материалов.

• Шламы агломерационных фабрик - относятся к относительно богатым железосодержащим отходам. Объем воздуха, проходящий через слой шихты при спекании агломерата составляет 2500-3000 м3/т агломерата. Образующийся при этом газ имеет запыленность 1-7 г/м3.90-95 % шламов образуются при очистке аспирационных установок агломерационных машин, остальные 5-10 % поступают из отделений подготовки шихты, складов, транспортных отделений и пр. Удельный выход агломерационных шламов 30 кг/т агломерата [17, 18].

По химическому составу агломерационные шламы близки к агломерационной шихте, их плотность составляет 3,5-4,3 г/см3, гранулометрический состав отличается полидесперсностью - в них могут встречаться как крупные частицы размером более 2,5 мм, так и мелочь менее 0,008 мм [7, 19]. Химический состав агломерационных шламов представлен в таблице 2

Таблица 2 - Химический состав агломерационных шламов (масс. %)

Рбобщ СаО Б1О2 М2О3 МвО

21,78-58,49 2,19-20,79 4,42-9,10 0,99-3,43 0,45-5,92

Продолжение таблицы 2

Мп Р 8 общ Си 7п Собщ

0,06-0,41 0,025-0,09 0,14-0,78 0,01-0,04 0,01-0,09 1,78-12,06

• Шламы газоочистки доменных печей. Образуются при улавливании пыли в установках газоочистки колошниковых газов. Колошниковая пыль оседает в сухих циклонах и имеет более грубую фракцию размером >0,1 мм. Шламы доменных печей оседают на второй ступени - в установках мокрой газоочистки и имеют более высокодисперную фракцию 0,008-0,1 мм. Удельный выход шламов газоочисток доменных печей составляет 25 кг/т чугуна [17].

Плотность доменных шламов составляет 3,0-4,0 г/см3. Химический состав шламов газоочистки доменных печей аналогичен шихте доменных печей и представлен в таблице 3.

Таблица 3 - Химический состав шламов газоочистки доменных печей (масс. %)

Ббобщ СаО Б1О2 М2О3 МвО

3,51-49,15 3,28-19,56 5,93-10,96 1,6-3,94 0,13-2,81

К2О ^О Р 8 общ 7п Собщ

0,12-0,53 0,08-0,28 0,021-0,23 0,20-0,91 0,46-15,39 6,49-31,55

• Шламы подбункерных помещений доменных печей - отходы образующиеся при гидравлической уборке просыпи самих подбункерных помещений, а также при очистке их систем аспирации и пылеулавливания. Отходы представляют собой полидисперсные пыли агломерата, кокса и извести, содержащие преимущественно фракции 0,063-0,1 мм, а также фракции менее 0,063 мм.

Плотность шламов подбункерных помещений 4,0-4,6 г/см3. Удельный выход шламов 6-29 кг/т чугуна Усредненный химический состав приведен в таблице 4.

Таблица 4 - Химический состав шламов подбункерных помещений доменных печей (масс. %)

Рбобщ Б1О2 М2О3 СаО МвО

33,0-55,0 7,0-11,0 1,0-3,0 8,0-28,0 1,0-3,0

МпО Р2О5 Б С 7п

0,1-1,5 0,01-0,2 0,15-0,40 <15,0 <0,02

• Шламы газоочистки конвертеров. Отходящие конвертерные газы, содержат 10-30 г/см3 пыли, в отдельных случаях до 60 г/см3. Количество образующейся пыли зависит от технологии конвертерной плавки: на этапе загрузки лома в конвертер количество пыли увеличивается в 1,5 раза, а при загрузке сыпучих материалов может возрасти в 5-6 раз. Удельный выход шламов 20 кг/т выплавляемой стали или 10-100 кг/т металлошихты [20, 21].

Плотность шламов составляет 4,2-6,0 г/см3. Гранулометрический состав шламов 0,008-0,1 мм и выше. Шлам может содержать достаточно крупные частицы 1,0-2,5 мм и выше. Химический состав представлен в таблице 5.

Таблица 5 - Химический состав шламов газоочистки конвертеров (масс. %)

Реобщ СаО Б1О2 М2О3 МвО

41,18-66,46 2,83-20,59 1,40-2,93 0,11-0,36 0,15-1,48

Мп Р Бобщ 7п Собщ

0,74-1,68 0,036-0,18 0,039-0,32 0,05-4,16 0,49-4,32

• Шламы газоочистки ЭДСП образуются при работе аспирационных установок электросталеплавильных цехов и содержат 2-10 г/см3 пыли [22]. Количество образующихся шламов может меняться в широких пределах (5-75 кг/т стали) и зависит от многих факторов: состава металлошихты, наличия кислородного дутья, количество воздуха, проникающего в агрегат при закрытии, открытии свода и через

технологические отверстия и пр. Удельный выход шлама в среднем составляет 15 кг/т стали.

Плотность шламов газоочистки ЭДСП 3,3-4,3 г/см3, гранулометрический состав: 0,005-0,1 мм (60 % фракций), >0,005 мм (40 % фракций). Химический состав шламов газоочистки ЭДСП представлен в таблице 6 [9, 23].

Таблица 6 - Химический состав шламов газоочистки ЭДСП (% масс.)

Ббобщ СаО Б1О2 М2О3 МвО

27,0-55,0 1,5-17,0 2,0-12,0 0,3-10,0 5,0-27,0

МпО Р2О5 8общ Собщ 7п

1,5-6,0 0,02-0,25 0,02-0,5 0,5-3,5 <2,0

• Окалина - образуется в процессе производства проката, а также при его очистки различными способами: дробеструйной обработкой, травлением в растворах соляной и серной кислот, обработкой щелочными растворами и с помощью электролитов. Окалина также образуется при дробеструйной чистке изложниц, термообработке, а также при получении заготовки в установках непрерывной разливки и кузнечном производстве. Удельный выход окалины составляет 25-35 кг/т проката, в некоторых случаях может достигать 43 кг/т проката [17].

Гранулометрический состав окалины зависит от технологии обработки, при которой она образуется: окалина образующая при термообработке представляет собой фракции размером 0,2-2,0 мм (90-95 % фракций), при прокатке 0,5-0,7 мм, наиболее крупные фракции 2,5 мм. При дробеструйной обработке образуется пыль фракцией менее 0,001 мм. При гидравлическом удалении окалины с поверхности металла окалину собирают в отстойниках: более крупные фракции оседают в первичных, а мелкие фракции - во вторичных отстойниках. Окалина накопленная в отстойниках после гидравлической уборки может содержать 1,74-3,8 % масел [25].

Насыпная плотность окалины составляет 1,37-1,57 г/см3, истинная плотность 4,6-5,6 г/см3. Химический состав окалины также сильно различается в зависимости от марки стали и технологии обработки. Химический состав окалины представлен в таблице 7 [26].

Таблица 7 - Химический состав окалины (% масс)

Рбобщ Б1О2 СаО М2О3 МвО

61,0-72,49 0,22-2,70 <2,02 <0,40 0,17-4,07

МпО С Б Р N1

0,03-0,86 0,3-4,1 0,011-0,12 0,007-0,03 0,025-0,05

Шламы агломерационного и доменного производства после обработки в отстойниках и на дренажных площадках используются также в качестве добавки к агломерационной шихте. Однако объем использования шламов небольшой. Это связано с необходимостью их предварительного увлажнения и окомкования для введения в агломерационный процесс, а также с химическим составом данных отходов. Шламы имеют низкую массовую долю железа, а также примеси цветных и щелочных металлов, что отрицательно влияет на протекание доменного процесса [7, 19].

Шламы газоочистки конвертеров и ЭДСП после обезвоживания также используются в агломерационном производстве в сочетании с другими видами отходов. Разброс значений крупности частиц конвертерного шлама и наличие в нем достаточно крупных частиц вызывает определенные трудности при переработке [18]. Но основной проблемой переработки шламов сталеплавильного производства является наличие в них примесей цветных металлов, в частности цинка. Содержание в агломерационной шихте цинка приводит к образованию настылей в шахте доменной печи, что уменьшает ресурс футеровки, нарушает движение шихтового материала и нарушает процесс плавки.

При добавлении шламов ЭДСП в агломерационную шихту повышенное

извлечение цинка возможно только при создании определенных

15

термодинамических условий за счет повышения расхода топлива и добавления флюсующих компонентов для повышения основности шихты [22, 27]. Согласно общим требованиям содержание цинксодержащих отходов в агломерационной шихте должно составлять 100-150 кг/т аломерата при содержании в них цинка не более 0,3 %, при этом содержание цинка в агломерате должно быть не более 0,05 %. При расчете на количество выплавляемого металла цинковая нагрузка для доменной печи не должна превышать 200-250 г/т чугуна [22, 24].

Прокатная окалина с минимальным содержанием масел используется на металлургических предприятиях практически полностью, однако ее использование не совсем рационально, при учете высокой массовой доли железа и минимального количества вредных и нежелательных примесей. К примеру окалину используют в качестве постели при завалке лома в металлургический агрегат. Также ее используют в неокускованном виде в качестве раскислителя при плавке в ЭДСП. Газовый поток печи, а также разрежение под сводом может приводить к значительному выносу ее из агрегата.

Замасленная окалина преимущественно используется в доменном производстве - после предварительного измельчения и сгущении полученную суспензию через фурмы вдувают в доменную печь, однако такие технологии не всегда оправданы с экономической точки зрения. Кроме этого в составе загрязнителей замасленной окалины могут присутствовать: фенолы, бензолы, толуолы, полихлорированные бифенилы, полиароматические углеводороды. Наличие этих веществ в атмосфере представляет собой большую опасность. Наличие масел обуславливает высокую степень гидрофобности данных отходов при ее сохраняющейся способности к адсорбции извести [17, 26].

В таблице 8 представлены данные по степени использования различных типов железосодержащих металлургических отходов

Таблица 8 - Степень использования различных типов отходов

Тип железосодержащих отходов Коэффициент использования Беобщ, масс %

Шламы агломерационных фабрик 0,84 21,78-58,49

Шламы газоочистки доменных печей 0,69 3,51-49,15

Шламы подбункерных помещений доменных печей 0,88 33,0-55,0

Шламы газоочистки конвертеров 0,95 41,18-66,46

Шламы газоочистки ЭДСП 0,48 27,0-55,0

Окалина первичных отстойников/ Окалина замасленная 0,99/0,75 61,0-72,49

Анализ представленных данных показывает, что шламы газоочистки ЭДСП и окалина имеют наименьший коэффициент использования и при этом достаточную для возврата в передел массовую долю железа, что говорит о перспективе их использования в качестве техногенного сырья.

1.3 Способы рециклинга железосодержащих отходов

На сегодняшний день можно выделить два направления переработки железосодержащих отходов в металлургии: по отдельным технологиям посредством специализированного оборудования или по традиционным технологиям с использованием доменных, сталеплавильных и конвертерных металлургических агрегатов.

Применение специализированного оборудования позволяет перерабатывать различные типы отходов: путем их предварительного окомкования с последующим получением ГБЖ (М1ёгех, ХиЛ, Рш^ег), получением передельного чугуна (1Ттк3, БЛБТМЕЬТ), металлизованных окатышей и др., а также путем жидкофазного восстановления (РОМЕЛТ, КЕВБМЕЬТ) с получением жидкого чугуна. Отдельные технологические процессы переработки отходов получили широкое распространение в странах ЕС, США и Канаде. В США и Канаде 63 %

сталеплавильных заводов утилизируют пыль с помощью отдельных технологических процессов, а в странах ЕС посредством Вельц-процесса общей производственной мощностью до 850 тыс. т/год перерабатываются 80 % металлургических отходов [29, 30]. Основой Вельц-процесса является карботермическое восстановление цинксодержащих отходов во вращающейся печи. При вельцевании дисперсные отходы в неокускованном виде совместно с твердым восстановителем загружают в печь. Пары цинка возгоняются и осаждаются в фильтрах. На заводе «Азер» (Испания) с помощью Вельц-процесса перерабатывают дисперсные металлургические отходы, объем переработки которых составляет 80 тыс. т/год. В результате данной технологии получают 30 тыс. т брикетированных вельц-окислов содержащих 54 % Zn и 10 % Pb и 50 тыс. т шлаков. При этом железо, содержащееся в шлаке, остается неизвлеченным [31].

Фирма Orinoco Mining (Венесуэла) занимается изготовлением металлизованного полупродукта из железосодержащих отходов по четырехстадийному технологическому процессу, состоящему из подготовки железосодержащего сырья и восстановительного газа, восстановления железосодержащего сырья в кипящем слое и прессования восстановленного продукта. Процесс осуществляется в прессах. Получаемый полупродукт используется на внутреннем рынке, а также для экспорта в Европу и Японию [32]. Данный процесс позволяет получать сырье с высокой степенью металлизации, однако требует больших энергетических затрат - установок для восстановления в кипящем слое и высокотемпературного прессования.

Технология FASTMET, разработанная компанией Kobe Steel (Япония) совместно с компанией Midrex, может применяться для рециклинга колошниковой пыли и шламов доменного и конвертерного производства, пыли ЭДСП. Исходным сырьем являются железосодержащие отходы и уголь. Главным агрегатом процесса FASTMET является печь с вращающимся подом, позволяющая перерабатывать железосодержащие отходы. Конечным продуктом данной технологии являются металлизованные окатыши со степенью металлизации 85-95 %.

Производительность установки 190 тыс. т/год. Химический состав окатышей представлен в таблице 9.

Таблица 9 - Химический состав металлизованных окатышей (% масс) [33]

Feобщ FeO C S Zn

70,5 67,2 1,13 0,35 0,004

Технология PRIMUS, разработанная фирмой Paul Wurth (Германия) является логическим продолжением развития технологии FASTMET. Основным агрегатом является печь, имеющая несколько вертикально расположенных секций (см. рисунок 1). Установка PRIMUS позволяет перерабатывать до 60 тыс. т/год дисперсных железосодержащих отходов (пыль газоочистки ЭДСП, доменные и конвертерные шламы) и 15 тыс. т замасленных шламов и окалины [33].

Железосодержащие отходы

1

=4

Рисунок 1 - Этапы переработки дисперсных металлургических отходов с

использованием процесса PRIMUS

Конечным продуктом технологии PRIMUS является 75 тыс. т/год металлизованного сырья - губчатого железа со степенью металлизации 95 % и цинковый концентрат с содержанием цинка 55 %.

Однако переработка железосодержащих отходов с помощью специализированного оборудования не всегда целесообразна. На большинстве металлургических предприятий имеет место отлаженная инфраструктура, экономические и территориальные ограничения препятствующие внедрению кардинальных технологических решений. С другой стороны ориентация на эффективное использование вторичных ресурсов требует от предприятий системного подхода для решения проблемы переработки железосодержащих отходов при уже существующих технологиях, исключая существенное их усложнение и ухудшение качества продукции.

При переработке отходов в традиционных металлургических процессах наиболее совершенным агрегатом в отношении вторичных ресурсов является доменная печь, однако доменное производство организовано на крупных предприятиях полного металлургического цикла, количество которых ограниченно. Отсутствие доменных печей на небольших заводах затрудняет переработку вновь образующихся и ранее накопленных отходов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Новицкий, Никита Александрович, 2017 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Информационные материалы. Новости металлургии // Электрометаллургия. -

2015. - №2. - С. 45

2 Металлург-инфо. События в цифрах и фактах // Металлург. - 2015. - № 12. -С. 97-100.

3 Информационные материалы. Новости металлургии // Электрометаллургия. -

2016. - №1. - С. 45

4 Юзов, О. В. Тенденции изменения производственных и экономических показателей металлургических и трубных предприятий России / О. В. Юзов,

A. М. Седых, Т. М. Петракова // Сталь. - 2015. - № 7. - С. 67-73.

5 Кришер, Б. Российский рынок стали в кризисе / Б. Кришер // Черные металлы. - 2015. - №11. - С. 63-64.

6 Кудрин, В. А. Металлолом: проблема дефицита и рационального использования / В. А. Кудрин // Металлург. - 2007. - № 12. - С. 42-43.

7 Лисин, В. С. Ресурсо-экологические проблемы XXI века и металлургия /В. С. Лисин, Ю. С. Юсфин. - М. : Высшая школа, 1998. - 447 с.

8 Зоря, В. Н. Исследование минералогического состава и кристаллической структуры железосодержащих компонентов техногенных отходов металлургического комплекса / В. Н. Зоря, В. В. Коровушкин, А. А. Пермяков и др. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 2015. -№5. - С. 359-366.

9 Аксельрод, Л. М. Экологические и иные проблемы переработки цинксодержащей пыли дуговых сталеплавильных печей / Л. М. Аксельрод,

B. А. Мальцев, С. Г. Меламуд, А. П. Баранов // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». - 2012. -№ 7. - С. 91-95.

10 Доронин, И. Е. Термодинамическое исследование взаимодействия углерода с компонентами сталеплавильной пыли / И. Е. Доронин, А. Г. Свяжин// Металлург. - 2013. - № 1. - С. 52-57.

11 Равич, Б. М. Брикетирование в цветной и черной металлургии / Б. М. Равич. — М. : Металургия, 1975. — 232 с.

12 Смирнов, Л. А. Переработка и использование техногенных отходов металлургического производства / Л. А. Смирнов, Л. И. Леонтьев. Ю. В. Сорокин // Труды Международного Конгресса «Фундаментальные основы технологии переработки и утилизации техногенных отходов» : сб. науч. тр. — Екатеринбург.: ООО «УИПЦ», 2012. — 552 с.

13 Леоньтьев, Л. И. Техногенные отходы черной и цветной металлургии и проблемы окружающей среды / Л. И. Леонтьев, В. Г. Дюбанов // Экология и промышленность России. — 2011. - № 4. — С. 32-35.

14 Колесников, А. В. Особенности электрохимического извлечения цветных металлов в присутствии поверхностно-активных веществ различной природы / А. В. Колесников, В. А. Бродский, А. М. Гайдукова, Е. С. Кондратьева // Технологическая платформа «Твердые полезные ископаемые»: технологические и экологические проблемы отработки природных и техногенных месторождений : сб. докладов. — Екатеринбург : ИГД УрО РАН, 2013. — 1-2 октября. — С. 53-55.

15 Большина, Е. П. Экология металлургического производства: Курс лекций / Е. П. Большина. — Новотроицк: НФ НИТУ «МИСиС», 2012. — 155 с.

16 Промышленная экология / под ред. В. В. Денисова — Ростов н/Д : Феникс ; М.: ИКЦ «МарТ», 2009 — 720 с.

17 Лотош, В. Е. Переработка отходов природопользования / В. Е. Лотош. — Екатеринбург : Полиграфист, 2007. — 503 с.

18 Кокорин, В. Н. Промышленный рециклинг техногенных отходов : учебное пособие / В. Н. Кокорин, А. А. Григорьев, М. В. Кокорин, О. В. Чемаева. — Ульяновск: УлГТУ. — 2005. — 42с.

19 Левин, Г. М. Защита водоемов от загрязнений сточными водами предприятий черной металлургии / Г. М. Левин. — М.: Металлургия. — 1978. — 216 с.

20 Емельянова, Е. С. Оценка возможности переработки сталеплавильной пыли в вагранках / Е. С. Емельянова, И. В. Буторина //Металлург. - 2010. - № 10. -С. 54-56.

21 Журавлев, В. В. Анализ существующих технологий переработки сталеплавильной цинксодержащей пыли и направления дальнейших исследований / В. В. Журавлев, В. А. Кобелев // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». - 2012. -№ 10. - С. 80-83.

22 Доронин, И. Е. Промышленные способы переработки сталеплавильной пыли / И. Е. Доронин, А. Г. Свяжин // Металлург. - 2010 - № 10. - С. 48-53.

23 Леоньтев, Л. И. Разработка технологии рециклинга цинксодержащих шламов / Л. И. Леонтьев, О. А. Теплов, В. Г. Дюбанов //Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». - 2009. -№ 9. - С. 69-72.

24 Тациенко, П. А. О совместном использовании отвальных шламов цветной и черной металлургии / П. А. Тациенко, В. А. Утков // Металлург. - 2008. -№ 11. - С. 56-57.

25 Махортова, Ю. В. Источники образования и физико-химические свойства отходов прокатного производства / Ю. В. Махортова, А. С. Бондарь // Сборник научных трудов студентов физико-металлургического факультета ДонНТУ. - Донецк: ДонНТУ. - 2008.

26 Пат. 2241762 Российская Федерация, МПК7С21В5/00. Способ утилизации мелкой замасленной окалины / Лисин В. С. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Новолипецкий металлургический комбинат». - № 2003134041/02 ; заявл. 25.11.2003 ; опубл. 10.12.2004.

27 Леонтьев, В. Г. Технологическое обоснование организации переработки цинксодержащих шлаков в печах постоянного тока / В. Г. Леонтьев, В. А. Брюквин, В. Г. Дюбанов, В. Т. Бурцев // Бюллетень научно-технической

и экономической информации «Черная металлургия». -2012. - № 10. - С. 8488.

28 Сироткин, С. Н. Переработка железосодержащих отходов металлургического производства / С. Н. Сироткин, Н. Н. Хухарева [и др.] // Электрометаллургия.

- 2010. - № 10. - С. 30-35.

29 Стовпченко, А. П. Процессы утилизации пыли сталеплавильного производства. Часть I. Высокопроизводительные промышленные процессы переработки пыли и других железосодержащих отходов / А. П. Стовпченко [и др. ] // Электрометаллургия. - 2010. -№ 1. -С. 25-32.

30 Liebman, M. The current status of electric arc furnace dust recycling in North America / M. Liebman // Fourth International Symposium on Recycling of Metals and Engineered Materials / The Minerals, Metals & Materials Society (TMS). -Pittsburgh, 2000. - С. 237-251.

31 Козлов, П. А. Вельц-процесс / П. А. Козлов. - М.: Руда и металлы, 2002. - 164 с.

32 Shimizu, M.Rapid reduction and melting of carbon composite iron ore briquettes bonded by coal / M. Shimizu, T. Maeda, A. Kasai, Y. Matsui// METEC Congress 03:3 International Conferenceon Science and Technology of Ironmaking, Dusseldorf, 16-20 June 2003 / Proceedings - Dusseldorf: Stahlinst. VDEh. - 2003.

- p. 408-412.

33 Курунов, И. Ф. Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа / И. Ф. Курунов, Н. А. Савчук. - М. : ОАО «Черметинформация», 2002. - 198 с.

34 Черноусов, П. И. Анализ, учет и прогноз использования вторичных ресурсов железа в «обществе рециклинга» / П. И. Черноусов, А. С. Коротченко, А. В. Рябова // Металлург. - 2010. - № 3. - С. 36-41.

35 Ожогин, В. В. Рециклинг пылевидных отходов сталеплавильного производства // Технологии и производство.-2006.-№ 1. - С. 9-12.

36 Информационные материалы. Новости металлургии // Электрометаллургия. -2015. - №12. - С. 42

37 Сойфер, В. М. Использование продуктов прямого восстановления железа в электросталеплавильных печах / В. М. Сойфер //Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». - 2007. -№ 8. - С. 33-35.

38 Хассан, А. И. Анализ технологии выплавки стали с использованием в шихте металлизованных окатышей и НВ1 с повышенным содержанием фосфора / А. И. Хассан, Г. И. Котельников, А. Е. Семин [и др.] // Черные металлы. -2015. - №5. - С. 64-69.

39 Дорофеев, Г. А. Энергопотенциал углерода в оксидоугольных материалах и перспективы их применения в дуговых сталеплавильных печах / Г. А. Дорофеев //Металлург. - 2010. - № 7. - С. 28-32.

40 Дорофеев, Г. А. Энергоэффективность углеродсодержащих материалов в дуговых сталеплавильных печах и способы ее повышения / Г. А. Дорофеев // Металлург. - 2010. - № 4. - С. 56-60.

41 Тлеугабулов, С. М. Восстановительная плавка комплексного железорудного сырья / С. М. Тлеугабулов, С. Б. Абиков, Д. Х. Алтыбаева // Сталь. - 2015. -№5. - С. 20-24.

42 Дорофеев, Г. А. Перспективы применения синтетических композиционных материалов в электродуговых печах / Г. А. Дорофеев // Сталь. - 2015. - №10. - С. 13-16.

43 Пат. 2539890 Российская Федерация, МПК С21С5/52. Способ выплавки стали в электродуговой печи / Дорофеев Г. А [и др.] ; опубл. 27.01.2015.

44 Голов, Г. В. Подготовка и использование мелкодисперсных техногенных отходов на нижнетагильском металлургическом комбинате / Г. В. Голов, А. А. Тяжельников//Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». - 2007 - № 10. - С. 67-68.

45 Чмырков, К. Ф. Режим использования в конвертерном производстве стали оксидосодержащих брикетов / К. Ф. Чмырков, Б. М. Бойченко // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». -2011. - № 6. - С. 36-39.

46 Курунов И. Ф. Исследование металлургических свойств брикетов из техногенного и природного сырья и оценка эффективности их применения в доменной плавке / И. Ф. Курунов, Э. М. Щеглов, В. Л. Емельянов [и др.] // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». — 2008. — № 1. — С. 8-16.

47 Курунов, И. Ф. Опыт промывки горна доменных печей брикетами из окалины / И. Ф. Курунов, Э. М. Щеглов [и др.] // Металлург. — 2007. - № 6 — С. 36-39.

48 Бычков, С. В. Опыт утилизации железосодержащих отходов металлургического комплекса метолом брикетирования /С. В. Бычков, А. И. Лякса // Материалы VI Международной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов» : сб. науч. тр. — Харьков : ЭкоИнформ, 2009.

— 8-9 апреля.— С. 69-72.

49 Агеев, Е. Е. Оксидоуглеродные брикеты упрощают решение технологических, экологических и экономических проблем при производстве чугуна и стали / Е. Е. Агеев [и др.] // VIII Конгресс сталеплавильщиков. Выпуск№ 8. : тез. докл.

— Нижний Тагил, 2004. — 18-22 октября. — С. 337-339.

50 Гоник, И. Л. Оксидоуглеродный брикет — современный способ переработки железосодержащих металлургических отходов / И. Л. Гоник, Н. А. Зюбан, Н. А. Новицкий // Труды международного конгресса "Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов" (ТЕХНОГЕН — 2012), посвящ. 80-летию науки Урала, 13-15 июня 2012 г. / Инт металлургии УрО РАН [и др.]. — Екатеринбург, 2012. - С. 259-261.

51 Журавлев, Ф. М. Новые виды окускованного железорудного сырья для доменной плавки с улучшенными металлургическими характеристиками / Ф. М. Журавлев, В. П. Лялюк, Д. А. Кассим [и др.] // Сталь. — 2015. — №4. — С. 6-11.

52 Бычков, С. В. Комплексная утилизация железосодержащих мелкофракционных отходов в условиях действующего металлургического завода / С. В. Бычков // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». — 2009. — № 8. — С. 59-62.

53 Котенев, В. И. Железо-флюсо-углеродосодержащие брикеты - Новая композиционная шихта для металлургических переделов / В. И. Котенев, Е. Ю. Барсукова [и др.] // Металл. - 2003. - № 11-12. - С. 47-48.

54 Курунов, И. Ф. Жесткая вакуумная экструзия Steele- перспективный способ окускования металлургического сырья и отходов / И. Ф. Курунов, А. М. Бижанов //Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». - 2012. - № 4. - С. 46-49.

55 Бижанов, А. М. Опыт применения брикетов экструзии (Брэксов) для выплавки ферросиликомарганца / А. М. Бижанов, Г. С. Подгородецкий[и др.] // Металлург - 2013. - № 2. - С. 44-49.

56 Бабанин, В. И. Разработка и внедрение новой технологии брикетирования мелкофракционных материалов с жидким стеклом / В. И. Бабанин, А. Я. Еремин, Г. Н. Бездежский // Металлург. - 2007. - № 1. - С. 68-71.

57 ГОСТ 13078-81 Стекло натриевое жидкое. Технические условия. - Введ. 198201-01. - М.: ИПК : Стандартинформ, 2005. - 15 с. - (Межгосударственный стандарт).

58 Токовой, О. К. Изготовление, исследование и применение брикетированных ферросплавов для раскисления стали / О. К. Токовой, В. И. Хяккинен, А. И. Зорин [и др.] // Металлург. - 2015. - №1. - С. 56-59.

59 Ожогин, В. В. Основы теории и технологии брикетирования измельченного металлургического сырья: монография / В. В. Ожогин. - Мариуполь: ПГТУ, 2010. - 442 с.

60 Бижанов, А. М. Поведение брикетов экструзии (брексов) в реакторах мидрекс. Часть I /А. М. Бижанов, И. Ф. Курунов, Э. Х. Уакиль // Металлург. - 2015. -№4. - С. 16-20.

61 Свинороев, Ю. А. Способы повышения прочности лигносульфонатных связующих / Ю. А. Свинороев // Литейное производство. - 2015. - №6. - С. 1214.

62 Линчевский, Б.В. Техника металлургического эксперимента :учебник для вузов / Б. В. Линчевский — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1992. — 240 с.

63 ТУ 1911-109-73-2000. Бой графитированный. Технические условия.

64 Феоктистов, А. В. Термогравиметрический анализ изменения параметров литейного кокса и антрацита / А. В. Феоктистов, Н. Ф. Якушевич, В. М. Страхов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. — 2015. - №11. — С. 837-845.

65 Ульева, Г. А. О восстановительной способности различных видов кокса / Г. А. Ульева, В. А. Ким // Электрометаллургия. — 2015. - №4. — С. 25-27.

66 Корнеев, В. И. Жидкое и растворимое стекло / В. И. Корнеев, В. В. Данилов. — СПб.: Стройиздат, 1996. — 216 с.

67 Фирстов, А. П. Макро- и микроструктура отверждаемого жидкого стекла / А. П. Фирстов // Литейщик России. — 2015. - №7. — С. 15-20.

68 Булгаков, В. Г. Исследование процессов науглероживания восстановленного железа в брикетах / В. Г. Булгаков, Л. Н. Бурминская, Г. В. Булгаков // Известия вузов. Черная металлургия. — 1997. — № 9. — С. 12-15.

69 Петцольд, А. Эмаль и эмалирование. Справочник / А. Петцольд, Г. Пешманн. — М.: Металлургия, 1990. — 576 с.

70 Агеев, Е. Е. Поведение оксидо-угольных брикетов при электроплавке стали / Е. Е. Агеев, Г. Н. Еланский [и др.] // Сталь. — 1999. — № 3. —С. 16-19.

71 Арисова В. Н. Лабораторный практикум по материаловедению : учеб. пособие / В. Н. Арисова [и др.]. — Волгоград : ВолгГТУ, 2012. — 112 с.

72 ГОСТ 18895-97.Сталь.Метод фотоэлектрического спектрального анализа. — Введ. 1998-01-01. — М.: ИПК : Издательство стандартов, 2002. — 12 с. — (Межгосударственный стандарт).

73 Уэндлант, У. Термические методы анализа / У. Уэндлант. — М. : Мир, 1978. — 526 с.

74 Термография: Методические указания по дисциплине «Физико-химические методы исследования» / Сост. Л. Н. Пименова. - Томск : Изд-во Томского архитектурно-строительного университета, 2005 - 19 с.

75 ГОСТ 21289-75. Брикеты угольные. Методы определения механической прочности. Введ. 01.07.1977. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1986. - 5 с.

- (Межгосударственный стандарт).

76 ГОСТ 21290-75. Брикеты угольные. Метод определения водопоглощения. -Введ. 01.07.1977. - М. : ИПК Издательство стандартов, 1985. - 3 с. -(Межгосударственный стандарт).

77 ГОСТ 25471-82. Руды железные, агломераты и окатыши. Метод определения прочности на сбрасывание. - Введ. 01.07.1983. - М. : ИПК Издательство стандартов, 2004. - 4 с. - (Межгосударственный стандарт).

78 Металлургия чугуна : учебник / Е. Ф. Вегман [и др.]. - М. : Металлургия, 1989.

- 512 с.

79 Юсфин, Ю. С. Подготовка руд к плавке и металлургия чугуна. Лабораторный практикум / Ю. С. Юсфин, И. Ф. Курунов [и др.]. - М.: МИСиС, 1983. - 135 с.

80 Гоник, И. Л. Исследование влияния многокомпонентного связующего на основе SiO2 на процессы восстановления железа в оксидоуглеродном брикете / И. Л. Гоник, О. П. Бондарева, Н. А. Новицкий, В. А. Соловьев // Известия ВолгГТУ. Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении». Вып. 7 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2013.

- № 6 (109). - С. 49-51.

81 Официальный сайт компании ОШОес http://www.outotec.com/

82 Лавров, Н. В. Физико-химические основы горения и газификации топлива / Н. В. Лавров. - М.: Металлургиздат, 1957. - 289 с.

83 Юсфин, Ю. С. Металлургия железа / Ю. С. Юсфин, Н. Ф. Пашков. - М.: Академкнига, 2007. - 464 с.

84 Ахметов, А. Б. Восстановление железа из железоуглеродистых брикетов при плавке стали в дуговых электропечах / А. Б. Ахметов [и др.] // Сталь. - 2007. -№ 8. - С. 39-42.

85 Осипов, В. А. Новая технология брикетирования металлургических отходов / В. А. Осипов [и др.] // Сталь. — 2006. — №3. — С. 88-89.

86 Гридасов, В. П. Поведение щелочей в доменных печах / В. П. Гридасов, Г. Н. Логачев [и др.] // Металлург. — 2015. — №9. — С. 28-31.

87 Гоник, И. Л. Использование замасленной окалины для производства брикетированного шихтового материала / И.Л. Гоник, Н.А. Новицкий, В.А. Соловьев // Черные металлы. - 2013. - № 7. - С. 20-23.

88 Пат. 2493271 Российская Федерация, МПК С22В1/24.Брикет для производства чугуна и стали /Гоник И. Л., Зюбан Н. А., Новицкий Н. А. ; заявитель и патентообладатель Волгоградский государственный технический университет. — №2012120952/02 ; заявл. 22.05.2012; опубл. 20.09.2013.

89 Швагерус, П. В. Инвестиционные природоохранные программы в региональном природопользовании / П. В. Швагерус. — М.: НИА-Природа, ВО РЭА, 2005. — 138 с.

90 Коростелев, А. Б. Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии / А. Б. Коростелев // Металлург. — 2007. — № 1. — С. 72-74.

91 Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2011 году». — М. : [б. и.], 2013, 04 февр. — 316 с.

92 Переработка и использования отходов [Электронный ресурс] : Вэб-узел компании ООО «Теплофизика». — Красноярск, [2010]. — Режим доступа : http://teplofizika.ru/.

93 Баранов, А. П. Переработка цинксодержащих пылей электросталеплавильного производства в ООО «Урал-рециклинг» / А. П. Баранов, Л. М. Аксельрод, И. Б. Федосов [и др.] // Сб. докладов конференции«МЕТАЛЛУРГИЯ-ИНТЕХЭКО2011» : сб. науч. тр.- М.: ООО «ИНТЕХЭКО», 2011. — 29-30 марта. —С. 136-139.

94 Котенев, В. И. Доменная печь в каждом брикете / В. И. Котенев, А. А. Китаев, Е. Ю. Барсукова // Труды VII Международного Конгресса доменщиков. Москва-Череповец. 9-12 сентября 2002 г. : тезисы докл. / ОАО «Северсталь» — М., 2002. — С. 48-56.

95 Лисин, B. C. Исследование процесса образования и состава конвертерных шламов / В. С. Лисин, В. Н. Скороходов, В. Г. Мизин [и др.] // Сталь. - 2003. -№ 11. - С. 106-110.

96 Коршиков, Г. В. Поведение цинка при спекании доменного и конвертерного шламов с концентратами КМА / Г. В. Коршиков, С. Л. Зевин, В. В. Греков [и др.] // Сталь. - 2003. - № 5. - С. 2-6.

97 Вегман, Е. Ф. Теоретические проблемы металлургии чугуна / Е. Ф. Вегман, В. О. Чургель. - М. : Машиностроение, 2000. - 348 с.

98 Кудрин, В. А. Теория и технология производства стали : учебник / В. А. Кудрин. - М. : Мир, 2003. - 528 с.

99 Большаков, В. И. Переработка брикетированием отходов горнометаллургического комплекса / В. И. Большаков, В. А. Носков // Международный научно-практический семинар «Пути решения экологических проблем горно-металлургической отрасли стран СНГ» : сб. науч. тр. - Мариуполь : ПГТУ, 2002. - 5-7 сентября.- С. 142-148.

100 McClelland. FASTMET: Proven process for steel mill waste recovery. 85-th Steelmaking and 61-th Ironmaking Conference Proceedings. March 10-13, 2002 Nashville, Tennessee, USA, P. 629-640.

101 Курунов, И. Ф. Прямое получение железа и бездоменная металлургия чугуна в XXI веке / И. Ф. Курунов // Металлург. - 2010. - № 6. - С. 27-32.

102 Степин Г. М. Проблемы цинка в доменном производстве России и пути их решения / Г. М. Степин, Л. С. Мкртчян // Металлург. - 2004. - № 10. - С. 3942.

103 Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в2011 году» / М. : МПР, 2012. - 351 с.

104 Катунин, В. В. Развитие электросталеплавильного производства и его сырьевой базы / В. В. Катунин, В. Г. Антипин//Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». - 2009. -№ 9. - С. 5-13.

105 Котенев, В. И. Новая технология получения комплексного металлургического сырья из железо- и углеродсодержащих отходов : доклад / В. И. Котенев, Е. Ю. Барсукова, И. Ф. Курунов. - Тула : ООО «ЭкоМашГео», 2004. - 17-19 октября. - 48 с.

106 Морозов, А. Н. Современное производство стали в дуговых печах / А. Н. Морозов. - Челябинск : Металлургия, 1987. - 175 с.

107 Пат. 2493271 Российская Федерация, МПК С22В1/24.Брикет для производства чугуна и стали /Гоник И. Л., Зюбан Н. А., Новицкий Н. А. ; заявитель и патентообладатель Волгоградский государственный технический университет. - №2012120952/02 ; заявл. 22.05.2012; опубл. 20.09.2013.

108 Булгаков, В. Г. Оптимизация состава и технологии производства брикетов из прокатной окалины / В. Г. Булгаков, Ю. А. Бондарев // Известия вузов. Черная металлургия. - 1995. - №11. - С.13-14.

109 Гоник, И. Л. Особенности применения брикетируемых железосодержащих отходов / И. Л. Гоник, В. П. Лемякин, Н. А. Новицкий // Металлург. - 2011. -№ 6.- С. 36-38.

110 Курунов, И. Ф. Металлургические свойства брэксов / И. Ф. Курунов, А. М. Бижанов [и др.] // Металлург. - 2012. - № 6. - С. 44-48.

111 Гоник, И. Л. Технологические свойства оксидоуглеродных брикетов с комплексным связующим / И. Л. Гоник, О. П. Бондарева [и др.] // Металлург. - 2012. - № 8. - С. 35-38.

112 Котенев, В. И. Брикеты из мелкодисперсных отходов металлургического и коксохимического производства - экономически выгодная замена традиционной шихты металлургических переделов / В. И. Котенев // Металлург. - 2002. - № 10. - С. 19-22.

113 Краснов, К. С. Физическая химия / К. С. Краснов, Н. К. Воробьев, И. Н. Годнев [и др.] - М.: Высшая школа, 2001. - 512 с.

114 Морачевский, А. Г. Термодинамические расчеты в металлургии / А. Г. Морачевский, И. Б. Сладков. - М.: Металлургия, 1985. - 136 с.

115 Жуховицкий, А. А. Физическая химия / А. А. Жуховицкий, Л. А. Шварцман. -М.: Металлургия, 1987. - 688 с.

116 Ludwig von Bogdandy. Die Reduktion der Eisenerze. Wissenschaftliche Grundlagen und technische Durchführung / Ludwig von Bogdandy, Hans-Jurgen Engell. - Dusseldorf, Berlin, Heidelberg, New York: Verlag Stahleisen mbH, Springer-Verlag, 1967. - 520 с.

117 Гоник, И. Л. Исследование термодинамики металлизации оксидоуглеродного брикета в условиях технологического обжига / И. Л. Гоник, Н. А. Новицкий, А. Г. Тюпина // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2012. - № 12. - C. 16-18.

118 Шварцман, Л. А. Начала физической химии для металлургов / Л. А. Шварцман, А. А. Жуховицкий. - М.: Металлургия, 1991. - 208 с.

119 Рыжонков, Д. И. Теория металлургических процессов: учебник / Д. И. Рыжонков, П. П. Арсентьев, В.В. Яковлев [и др.]. - М.: Металлургия,1989. - 392 с.

120 ГОСТ 2787-75. Металлы черные вторичные. Общие технические условия. -Введ. 1977-07-01. - М.: ИПК : Изд-во стандартов, 2002. - 53 с. -(Межгосударственный стандарт).

121 ТУ 0320-002-55978394-2001. Брикет углеродожелезосодержащий для металлургического передела.

122 ТУ 0780-001-55978394-2001. Брикет железоуглеродосодержащий для металлургического передела.

123 ТУ 032090-005-43058211-2007. Брикеты доменные. - Введ. 2007-12-11.-Пермь : ООО «КАРБОНА-Проминтех», 2007. - 7 с.

124 ТУ 0761-004-43058211-2005. Брикеты литейные из мелочи доменного кокса. -Введ. 2005-01-01.- Пермь : ООО «КАРБОНА-Проминтех», 2007. - 7 с.

125 ТУ 32090-004-43058211-2009. Брикеты промывочные. - Введ. 2009-03-01.-Пермь : ООО «КАРБОНА-Проминтех», 2007. - 7 с.

126 ТУ 032090-022-43058211-2007. Брикет углеродный. - Введ. 2007-12-11.-Пермь : ООО «КАРБОНА-Проминтех», 2007. - 7 с.

127 Пат. 2083681 Российская Федерация, МПК6 С21С5/06, С22В1/24, С22В1/242. Брикет для производства чугуна и стали / Агеев Е. Е. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Волгоградский государственный технический университет. — № 94025978/02 ; заявл. 12.07.1994 ; опубл. 10.07.1997.

128 Карабасов, Ю. С. Физико-химия восстановления железа из оксидов / Ю. С. Карабасов, В. М. Чижикова. — М.: Металлургия,1986. — 200 с.

129 Металловедение и термическая обработка стали. В 3 т. Т. 1. Методы испытаний и исследования : справочник / под ред. М. Л. Бернштейна, А. Г. Рахштадта — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1983 — 352 с.

130 Булгаков, В. Г. Исследование минералогического состава окалино-углеродных брикетов в процессе восстановления / В. Г. Булгаков, Г. В. Булгаков // Известия вузов. Черная металлургия. — 1998. — № 7. — С. 1619.

131 Казанцев, Е. И. Промышленные печи : справочник / Е. И. Казанцев. — М.: Металлургия, 1975. — 367 с.

132 Бондарев, Ю. А. Изменения в составе и структуре стали, выплавленной с применением компактированных оксидно-углеродных шихтовых материалов / Ю. А. Бондарев, Д. Г. Романенко, И. Л. Гоник, В. Ф. Петрова // Металловедение и прочность материалов: межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2001. — С. 44-47.

133 Справочник физико-химических величин / под ред. А. А. Равделя, А. М. Пономаревой — 9-е изд. — СПб.: Специальная литература, 1999 — 232 с.

134 Смитлз, К. Дж. Металлы. Справочник. Пер. с англ. / под ред. С. Г. Глазунова. — М.: Металлургия, 1980 — 447 с.

135 Булгаков, В. Г. Исследование процессов науглероживания восстановленного железа в брикетах / В. Г. Булгаков, Л. Н. Бурминская, Г. В. Булгаков // Известия вузов. Черная металлургия. — 1997. — №9. — С. 12-15.

136 Дигонский, С. В. Карботермическое восстановлении оксидного сырья в неравновесных химических системах / С. В. Дигонский // Технология металлов. — 2008. — №8. — С. 3-8.

137 Юсфин, Ю. С. Промышленность и окружающая среда : Учебник / Ю. С. Юсфин, Л. И. Леонтьев, П. И. Черноусов. — М.: Академкнига, 2002 — 468 с.

а)

ПРИЛОЖЕНИЕ А.Графические зависимости термодинамических функций реакций восстановления от температуры 373 573 773 973 1173 1373

-60 -80

и -I00 -120 -140 -160

о 1Э <3

б)

15

10

36 5

э

р о 0

1Э

<3

-5

-10

\

Ь--й--1 У

Температура, К

373 573 773 973 1173 Температура, К

1373

в)

373

573

773

973

1173

1373

36

<з

0 -2 -4 -6 -8 10

г)

373

573

773

973

1173

1373

36

-300

-350

I -400

-450

Температура, К Температура, К

а — Э^е2О3 + СО ^ + СО ; б — РеъО^ + СО ^ Э^еО + СО ; в — ^еО + СО ^ ^е + СО ; г — РеъОл + 4СО ^ Э^е + 4СО2

Рисунок 29 — Зависимость изменения свободной энергии Гиббса от температуры для реакций восстановления железа

2

Термодинамический расчет реакций восстановления оксидов железа и реакции газификации углерода, протекающих в брикете при восстановлении позволил установить температурный интервал, в котором они протекают. Это определяется с помощью температурных зависимостей энергии Гиббса, представленных на рисунках 29 - 30. Температурный интервал для определения свободной энергии обусловлен необходимостью выбора оптимальной температуры обжига.

Для реакций:

3Ге2О3 + СО ^ + СО + 31,25 МДж

РеъО + 4СО ^ 3Ге + 4СО + АН

ГеО + СО ^ Ге + СО + 13,65МДж

значения изменения свободной энергии Гиббса отрицательны (АО° < о) в

интервале температур 473^1373 К (200-1100 °С), следовательно самопроизвольное протекание данных реакций в прямом направлении возможно при температурах >200 °С.

Значения изменения свободной энергии Гиббса реакции

ГеъО + СО ^ 3ГеО + СО ~ 20,96МДж

отрицательны в интервале температур 773^1373 К (500-1100 °С), следовательно самопроизвольное протекание реакции восстановления смешанного оксида железа в прямом направлении возможно при температурах >500 °С.

373

573

1373

773 973 1173 Температура, К

Рисунок 30 - Зависимость изменения свободной энергии Гиббса от температуры

для реакции с + со ^ 2СО Значения изменения свободной энергии Гиббса реакции

С + СО ^ 2СО - 166,Э2МДж

Отрицательны в интервале температур 973^1373 К (700-1100 °С), следовательно самопроизвольное протекание данной реакции в прямом направлении возможно при температурах >700 °С.

ПРИЛОЖБНИЕ Б. Интерфейс, назначение и последовательность расчета с помощью программного обеспечения Outotec HSC Chemistry

Для проведения расчетов в программе ИБС Chemistryиспользуется единая база термохимических величин, включающая данные по энтальпии, энтропии и теплоемкости для свыше 25000 химических соединений. На рисунке представлено главное окно программы.

Рисунок31- Главное окно программы

Программа ШС предназначена для выполнения традиционных термодинамических расчетов на персональных компьютерах, имеет обширный диапазон применения в рамках научно-образовательных программ, промышленности и исследовательской деятельности.

HSC Chemistry позволяет проводить эффективные вычислительные расчеты для изучения влияния различных термодинамических условий на равновесную систему. Определяющими условиями для проведения автоматизированного расчета являются - исходные компоненты системы, диапазон и шаг измерения температуры. Конечные данные - количество получаемых продуктов реакции, ее направленность, условия протекания и термодинамические характеристики. На рисунке 32 показано окно ввода исходных параметров для проведения вычислений.

Рисунок 32- Ввод начальных параметров и формулы химической реакции

Программа имеет уникальные алгоритмы, позволяющие проводить расчеты теплового и материального баланса химических процессов намного быстрее, чем с любым другим методом вычисления.

Последовательность ввода и вывода результатов термодинамического расчета показана на рисунках 33 и 34.

Рисунок 33 - Выбор исходных веществ и продуктов реакции с помощью

базы данных программы

т deltaH deltaS deltaG К

с kcal cal/K kcal

600.000 -9.613 -3.036 -6.962 5.532E+001

700.000 -9.974 -3.431 -6.635 3.092E+001

800.000 -9.319 -2.792 -6.323 1.940E+001

900.000 -8.988 -2.495 -6.061 1.346E+001

1000.000 -8.599 -2.163 -5.845 1.008E+001

Formula

Fe203 CO(g)

Fe

C02(g)

FM Cone. Amount

g/mol wt-% mol

159.692 65.522 1.000

28.010 34.478 3.000

g/mol wt-% mol

55.847 45.828 2.000

44.010 54.172 3.000

Amount

g

159.692 84.031 8

111.694

132.029

1.743 1.490 1.288 1.129 1.003

Volume I or ml

30.476 ml 67.241 1 I or ml

14.210 ml 67.241 1

Рисунок 34- Результаты расчета программы HSC Chemistry

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Результаты химического анализа структурных составляющих образца ОУБ после высокотемпературного обжига

Микроскоп Versa 3D Dual Beam позволяет определять химический состав -процент по массе и атомную концентрацию химических элементов по структуре исследуемого объекта. В результате соотношение химических элементов может быть представлено как в виде таблиц, так и графически.

На рисунке 35 представлен пример графического представления результатов анализа химического состава по структуре исследуемого образца.

и ¿U

Ы

%

(d^Vyy**/4,fa****

Рисунок 35 - Графическое представление результатов анализа химического состава структурных составляющих ОУБ с помощью Versa 3D Dual Beam, *600*3

Для проведения анализа на микроструктуре образца, в заданном масштабе, указанном в левой нижней части дисплея, проводится секущая (ограничена синими точками). На каждом участке секущей определяется наличие выбранных химических элементов. Их содержание (в % масс.) отображается в виде графиков, каждый из которых имеет определенный цвет и соответствует определенному химическому элементу.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Акт проведения опытных плавок

«УТВЕРЖДАЮ»

Генеральный директор Компания «ИнТехСервис»

В. П. Воробьев

££_20:^гг-

акт

проведения опытных плавок с применением окалиноуглеродных брикетов в качестве шихты

Мы, нижеподписавшиеся, генеральный директор Воробьев В. П. , зам.главного металлурга по технологической подготовке производства Зайцева Л.И. (ООО Компания «ИнТехСервис»), заведующий кафедрой «Технология материалов», проф. Зюбан Н. А., доцент кафедры «Технология материалов» Гоник И. Л., аспирант кафедры «Технология материалов» Новицкий Н. А. (ФГБОУ ВПО «Волгоградский

государственный технический университет») составили настоящий акт в том, что 31 января 2012 г. в соответствии с обращением генерального директора ООО Компания «ИнТехСервис» (письмо исх. № 011-137 от 05 июля 2011 года ) была изготовлены окалиноуглеродные брикеты (ОУБ) из материалов предоставленных предприятием и проведены опытные плавки с их использованием.

Цель работы: оценка эффективности замены чугунного лома окал и ноугл сродными брикетами (ОУБ) при выплавке литейного чугуна в индукционных печах.

Опытные плавки проведены в индукционной печи ИПП-25. Количество ОУБ в каждой плавке составляло 9,1 % от массы шихты, остальное - стальной лом.

Средняя продолжительность плавок 30 минут. Выход годного составил 95-97 %. Из полученного металла были отлиты в земляную форму цилиндрические пробы для проведения химического анализа. Результаты плавок представлены в Приложении. заключение

1. Плавки с применением ОУБ показали возможность замены чушкового чугуна брикетами.

2. Полученный при плавках чугун имеет низкое содержание серы и фосфора, по химическому составу аналогичен марке чугуна СЧ15 ГОСТ 1412-85 (см. * примечание).

Приложение: Сведения о химическом составе шихты и металла опытных плавок - 1 стр.

От ООО «Компания От Волгоградского государственного

«ИнТехСервис» технического университета

металлурга по ТПП

Зам. главного

Зав. кафедрой «Технология материалов»

Зайцева

Доцент кафедры «Технология материалов»

Аспирант кафедры «Технология материалов» Н. А. Новицкий

ПРИЛОЖЕНИЕ. Сведения о химическом составе шихты и металла опытных плавок.

Таблица 1 - Химический состав металлошихты Сталь 40 ГОСТ 1050-88

Содержание компонентов, %

С Мп Si Р S

0,41 0,45 0,35 0,033 0,039

Таблица 2 - Химический состав полученных образцов

№ пробы Химический состав расплава

С Мп Si Р S

1 3,33 0,97 0,78 0,054 0,050

2 3,70 0,83 — 0,056 0,046

1 3,14 — — 0,077

2 3,30 0,90 0,45 — 0,075

"Примечание: химический состав чуг уна СЧ15 ГОСТ 1412-85

Массовая доля элементов, %

С Мп Si Р S

3,5-3,7 0,5-0,8 2,2-2,6 <0,3 <0,15

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Основные публикации по теме диссертационной работы

1 Гоник, И. Л. Features of the use of briquetted iron-bearing wastes / И.Л. Гоник, В.П. Лемякин, Н.А. Новицкий // Metallurgist. - 2011. - Vol. 55, № 5-6. - C. 397400. - Англ.

2 Processing properties of oxide-carbon briquettes with a complex binder / И.Л. Гоник, О.П. Бондарева, Н.А. Новицкий, А.Г. Тюпина // Metallurgist. - 2012. -Vol. 56, No. 7-8 (November). - C. 570-574. - Англ.

3 Пат. 2493271 Российская Федерация, МПК C22B1/24.Брикет для производства чугуна и стали /Гоник И. Л., Зюбан Н. А., Новицкий Н. А. ; заявитель и патентообладатель Волгоградский государственный технический университет. - №2012120952/02 ; заявл. 22.05.2012; опубл. 20.09.2013.

4 Гоник, И.Л. Использование замасленной окалины для производства брикетированного шихтового материала / И.Л. Гоник, Н.А. Новицкий, В.А. Соловьев // Черные металлы. - 2013. - № 7. - C. 20-23.

5 Исследование влияния многокомпонентного связующего на основе SiO2 на процессы восстановления железа в оксидоуглеродном брикете / И.Л. Гоник, О.П. Бондарева, Н.А. Новицкий, В.А. Соловьев // Известия ВолгГТУ. Серия "Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении". Вып. 7 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2013. - № 6 (109). - C. 49-51.

6 Исследование макро- и микроструктуры оксидоуглеродных брикетов после восстановительного обжига / И.Л. Гоник, О.П. Бондарева, Н.А. Новицкий, А.Г. Тюпина // Изв. ВолгГТУ. Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении». Вып. 6 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. -Волгоград, 2012. - № 9 (96). - C. 76-78.

7 Гоник, И.Л. Исследование термодинамики металлизации оксидоуглеродного брикета в условиях технологического обжига / И.Л. Гоник, Н.А. Новицкий, А.Г. Тюпина // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2012. - № 12. - C. 16-18.

8 Оксидоуглеродные брикеты из отходов металлургического производства / И.Л. Гоник, В.П. Лемякин, О.П. Бондарева, Н.А. Новицкий, А.Г. Тюпина // Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТЭС и пути их решения : сб. науч. тр. междунар. конф. с элементами науч. школы для молодежи (г. Москва, 8-13 нояб. 2010 г.) / Национальный исследовательский технологический ун-т "МИСиС". - М., 2010. - а 96-100.

9 Гоник, И.Л. Оксидоуглеродный брикет - современный способ переработки железосодержащих металлургических отходов / И.Л. Гоник, Н.А. Зюбан, Н.А. Новицкий // Труды международного конгресса "Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов" (ТЕХНОГЕН -2012), посвящ. 80-летию науки Урала, 13-15 июня 2012 г. / Ин-т металлургии УрО РАН [и др.]. - Екатеринбург, 2012. - С. 259-261.

10 Гоник, И.Л. Особенности применения брикетируемых железосодержащих отходов / И.Л. Гоник, В.П. Лемякин, Н.А. Новицкий // Металлург. - 2011. - № 6. - С. 36-38.

11 Технологические свойства оксидоуглеродных брикетов с комплексным связующим / И.Л. Гоник, О.П. Бондарева, Н.А. Новицкий, А.Г. Тюпина // Металлург. - 2012. - № 8. - С. 35-38.

12 Мосина, Н.В. Шихтовой материал из отходов металлургического производства / Н.В. Мосина, Н.А. Новицкий // Научно-практическая конференция молодых специалистов ОМК : тез. докл. - Выкса, 2009. - С. 8.

13 Новицкий, Н.А. Влияние многокомпонентного связующего на восстановление железа из оксидов в окалиноуглеродном брикете / Н.А. Новицкий, И.Л. Гоник, Н.А. Зюбан // Металлург. - 2014. - №7. - С. 38-41.

14 Окалиноуглеродный брикет - шихтовый материал для производства чугуна / И.Л. Гоник, Л.В. Палаткина, О.П. Бондарева, Н.А. Новицкий, Г.В. Бабин, А.М. Зубащенко // Известия ВолгГТУ. Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. - Волгоград, 2015. - № 8 (168). - С. 150-151.